DE1286599B

DE1286599B - Process for making molded electrical components

Info

Publication number: DE1286599B
Application number: DE1964S0091904
Authority: DE
Inventors: Dipl-Met Hans-Werner; Lindenberger Helmut; Rotter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-07-07
Filing date: 1964-07-07
Publication date: 1969-01-09
Also published as: BE666496A; AT261055B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von geformten elektrischen Bauteilen mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung, in dem auf das Leitermaterial durch Elektrophorese aus einer wäßrigen Glimmersuspension, die ein in Wasser dispergierbares Harz, z. B. eine Siliconharzemulsion, enthält, ein Uberzug aufgebracht, das beschichtete Material verformt und nachbehandelt wird.The invention relates to a method for producing shaped electrical components with a high temperature-resistant insulation, in which on the conductor material by electrophoresis from an aqueous mica suspension which a water dispersible resin, e.g. B. a silicone resin emulsion contains a Coating is applied, the coated material is deformed and aftertreated.

In bekannter Weise elektrophonetisch auf Leitermaterial aufgebrachte Deckschichten aus Glimmer oder in gleicher Weise hergestellte Deckschichten, die aus einer wäßrigen, Glimmer und Silicon enthaltenden Dispersion niedergeschlagen werden, ergeben Isolierschichten sehr hoher thermischer Beständigkeit, haben aber den Nachteil, daß sie nicht oder nur wenig biegsam sind. Es werden deshalb damit meistens nur bereits fertig gebogene Leiter isoliert. Müssen dagegen die elektrophonetisch isolierten Leiter bei der Verarbeitung noch gebogen werden oder sollen z. B. mit einer solchen Deckschicht hochtemperaturbeständig isolierte Drähte zu Spulen gewickelt werden, dann treten häufig beim Biegen Risse auf oder die Isolierschichten platzen sogar ab.Electrophonetically applied to conductor material in a known manner Cover layers made of mica or cover layers produced in the same way, the precipitated from an aqueous dispersion containing mica and silicone result in insulating layers with very high thermal resistance, but have the disadvantage that they are not or only slightly flexible. It will therefore be so mostly only pre-bent conductors are insulated. You have to use the electrophonetic insulated conductors are still bent during processing or should z. B. with such a cover layer, insulated wires with high temperature resistance are wound into coils cracks often occur when bending or the insulating layers burst even off.

Diese Nachteile können erfindungsgemäß dadurch beseitigt werden, daß die Dispersion oder Emulsion feinstaufgeschlossene Glimmerteilchen mit einer Größe unter 1 #L, Siliconharz und wenigstens ein zusätzliches, in Wasser emulgierbares thernioplastisches oder wärmehärtbares Harz enthält, das sich an der nämlichen Elektrode abscheidet wie Glimmer, mit Siliconharz mischbar und verträglich ist und das nach der Verformung gegebenenfalls wieder entfernt werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten sind flexibel und biegsam. Es können z. B. hiermit isolierte Drähte zu Spulen gewickelt werden, ohne daß Risse oder sonstige mechanische Beschädigungen bei der Verarbeitung auftreten.These disadvantages can be eliminated according to the invention in that the dispersion or emulsion is very fine-grained mica particles with a size under 1 #L, silicone resin and at least one additional, emulsifiable in water thermoplastic or thermosetting resin which adheres to the same electrode separates like mica, is miscible and compatible with silicone resin and that after the deformation can optionally be removed again. According to the invention The insulating layers produced by this method are flexible and pliable. It can e.g. B. hereby insulated wires are wound into coils without cracks or other mechanical damage occurs during processing.

Die so mittels Elektrophorese erhaltenen Uberzugsschichten, die noch biegsam sind, können die gestellten Forderungen in höherem Maße erfüllen als die bisher bekannten Uberzugsschichten. Die Uberzugsschichten, die vorwiegend aus Glimmer und Siliconharz bestehen, erlauben ein nachträgliches Biegen und Verformen, beispielsweise von beschichteten elektrischen Leitern ohne Abkreiden, Bildung von Rissen, Sprüngen usw. und unter Beibehaltung der guten Isolationswerte. So hat sich das erfindungsgemäße Verfahren in der Praxis bestens bewährt, und zahlreiche neue Einsatzmöglichkeiten wurden dadurch erschlossen.The coating layers thus obtained by means of electrophoresis, which are still are flexible, can meet the requirements to a greater extent than that previously known coating layers. The coating layers, which are predominantly made of mica and silicone resin, allow subsequent bending and deformation, for example of coated electrical conductors without chalking, formation of cracks, cracks etc. and while maintaining the good insulation values. So has the invention The process has been tried and tested in practice and has numerous new uses were thereby opened up.

Für das erfindungsgemäße Verfahren sind in besonderem Maße organische Harzdispersionen und -emulsionen von Thermoplasten geeignet, beispielsweise solche auf Basis von Polyacrylsäureester, Polyvinylacetat, Polyvinylacetal, Polyvinylpropionat und Polyacrylnitril.Organic substances are particularly important for the process according to the invention Resin dispersions and emulsions of thermoplastics suitable, for example those based on polyacrylic acid ester, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl propionate and polyacrylonitrile.

Es war besonders überraschend, daß durch Zusatz dieser thermisch nicht beständigen Stoffe hochtemperaturbeständige Isolierungen entstehen und daß andererseits schon sehr geringe Zusätze die gewünschte Biegsamkeit hervorrufen. So können bereits durch Zugabe eines Thermoplasten in einer Menge von einigen Prozenten, bezogen auf das Gesamtgewicht des elektrophonetischen Niederschlages (des Gesamtfestkörpergehalts) biegsame Uberzüge erhalten werden. Besonders geeignet erwiesen sich Zusätze in der Größenordnung von 1 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtfestkörpergehalt.It was particularly surprising that the addition of these thermally unstable substances results in insulation that is resistant to high temperatures and that, on the other hand, even very small additions produce the desired flexibility. For example, by adding a thermoplastic in an amount of a few percent, based on the total weight of the electrophonic precipitate (the total solids content), flexible coatings can be obtained. Additives in the order of magnitude of 1 to 25 percent by weight, based on the total solids content, have proven particularly suitable.

Man hat gefunden, daß die Verwendung von wäßrigen Epoxydharzemulsionen oder -dispersionen als Harzzusatzkomponente besonders vorteilhaft ist. Das Epoxydharz, beispielsweise auf Bisphenol-A-Basis, wird bei der Nachbehandlung beispielsweise durch Erwärmen in die Glimmerschicht eingebaut. Die so isolierten elektrischen Formteile zeichnen sich durch besondere Abriebfestigkeit und hohe Durchschlagfestigkeit aus.It has been found that the use of aqueous epoxy resin emulsions or dispersions is particularly advantageous as a resin additive component. The epoxy resin, for example based on bisphenol-A, is used in the aftertreatment, for example built into the mica layer by heating. The so insulated electrical moldings are characterized by special abrasion resistance and high dielectric strength.

Es kann jedes übliche elektrisch leitende Material zur Herstellung der Formteile verwendet werden, beispielsweise Eisen, Kupfer, Aluminium, Nickel und die Legierungen dieser Metalle sowie andere übliche Materialien. Besonders geeignet erwies sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Verwendung von Kupfer und Eisen.Any conventional electrically conductive material can be used for manufacture the molded parts are used, for example iron, copper, aluminum, nickel and the alloys of these metals as well as other common materials. Particularly suitable the method according to the invention proved to be using copper and iron.

Bei der Herstellung des elektrischen Bauteiles wird zuerst das Leitermaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer elektrophonetischen Deckschicht versehen. Man erhält eine äußerst gleichmäßige und porenfreie Isolierschicht, die fest auf dem Leitermaterial haftet und flexibel ist, so daß das beschichtete Leitermaterial leicht in jede gewünschte Form gebracht werden kann, ohne daß die Lackierung bricht oder reißt. Das erfindungsgemäß isolierte Leitermaterial wird dann in die gewünschte Form gebracht, beispielsweise auch zu einer Spule gewickelt und dann nachbehandelt. Dieser Verfahrensschritt ist selbstverständlich von der Art des zugesetzten Harzes abhängig. So wird beispielsweise erwärmt, damit die zugesetzte Harzkomponente mit dem Glimmer sich verbinden kann, beispielsweise unter Härtung, oder es wird lediglich gewartet, bis bereits bei Raumtemperatur das Lösungsmittel des Bindemittels und das Wasser entwichen sind, so daß die Schichten wohl klebfreiend verarb2itbar, aber doch noch biegsam sind.In the manufacture of the electrical component, the conductor material is used first provided with an electrophonic cover layer according to the method according to the invention. The result is an extremely uniform and pore-free insulating layer that is firmly attached adheres to the conductor material and is flexible, so that the coated conductor material can easily be brought into any desired shape without breaking the paint or tear. The conductor material insulated according to the invention is then converted into the desired Formed, for example also wound into a coil and then post-treated. This process step is of course dependent on the type of resin added addicted. For example, it is heated so that the added resin component is included the mica can combine, for example with hardening, or it just becomes waited until already at room temperature the solvent of the binder and the water has escaped, so that the layers can be processed without sticking, but are still flexible.

An Hand der F i g. 1 und 2 sei die Erfindung erläutert. In F i g. 1 ist eine bisher übliche Läuferstabisolation dargestellt, bei der nutseitig das Kupfer 1 durch Umfassen mit einer Glimmer-Papierisolation 2 isoliert ist. Diese Isolation ist nicht biegsam, so daß erst nach dem Durchschieben der Stäbe durch das Läuferblechpaket 3 diese abgebogen werden können. Die Isolation an den abgewinkelten Teilen der Kupferstäbe muß dann nachträglich durch Aufwickeln von Bändern 4 aufgebracht werden, wobei sich an dei' Ubergangsstelle 5 zwischen den Isolationen in elektrischer Hinsicht eine Schwachstelle ergibt.On the basis of FIG. 1 and 2 the invention is explained. In Fig. 1 shows a hitherto customary rotor bar insulation in which the copper 1 is insulated on the groove side by being surrounded by a mica paper insulation 2. This insulation is not flexible, so that only after the bars have been pushed through the laminated core 3 they can be bent. The insulation on the angled parts of the copper rods must then be applied subsequently by winding up strips 4 , with a weak point at the transition point 5 between the insulations in electrical terms.

In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße biegsame Stabisolation 6 über die gesamte Stablänge aufgebracht und nach dem Durchstecken der Stäbe durch das Blechpaket 3 ohne Beschädigungen in die endgültige Form gebogen worden. Man hat jetzt eine einheitliche durchgehende Isolation.In Fig. 2 is the flexible rod insulation 6 according to the invention over applied over the entire length of the rod and after inserting the rods through the Laminated core 3 has been bent into its final shape without damage. One has now a uniform continuous insulation.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist von ganz besonderem Vorteil beispielsweise bei Teilleitern einer elektrischen Maschine mit geschlossenen Nuten, da in diesem Falle die Teilleiter erst nach dem Durchschieben durch das Blechpaket in die endlose Form gebogen werden können. Solche Teilleiter liegen z. B. in Spulen für Schweißumformer vor oder bei Gleich- und Wechselstrommaschinen.The method according to the invention is of particular advantage, for example in the case of partial conductors of an electrical machine with closed grooves, as in this one The sub-conductors do not fall into the endless one until they have been pushed through the laminated core Shape can be bent. Such sub-conductors are z. B. in coils for welding converters in front of or with DC and AC machines.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für die Herstellung von elektrischen Bauteilen nach der Erfindung angegeben.The following are exemplary embodiments for the Manufacturing specified by electrical components according to the invention.

Beispiel l Zum elektrophoretischen Beschichten von Teilleitern aus Flachkupfer wurde eine Dispersion, welche 50 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenen Glimmer und 25 Gewichtsprozent Siliconharz in Form einer wäßrigen Methylsiliconharzemulsion enthält, mit 25 Gewichtsprozent eines entionisierten Polyacrylsäureesters versetzt. Die Leitfähigkeit dieser Suspension betrug dann 450 - 10 -s £2 -t cm -t. Die so beschichteten Teilleiter aus Flachkupfer wurden über einen Dorn bis zu einem Biegewinkel von 180° gebogen. Es traten keine Risse auf.Example 1 For the electrophoretic coating of partial conductors Flat copper became a dispersion which finely disintegrated 50 percent by weight Mica and 25 percent by weight silicone resin in the form of an aqueous methyl silicone resin emulsion contains, mixed with 25 percent by weight of a deionized polyacrylic acid ester. The conductivity of this suspension was then 450-10 -s £ 2 -t cm -t. The so coated partial conductors made of flat copper were over a mandrel up to a bending angle bent by 180 °. There were no cracks.

Messungen an Probestäben zeigten, daß bei Daueralterungen bei 180° nach etwa 8 Wochen der gesamte Polyacrylsäureesteranteil thermisch abgebaut ist und die Biegefestigkeit auf 11' zurückgegangen ist, während die sonstigen Eigenschaften, wie z. B. die Durchschlagsfestigkeit, unverändert hoch bleibt. Beispiel 2 Probestäbe aus Kupfer mit den Abmessungen 2 - 10 - 250 mm wurden in einer Suspension, enthaltend 48 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenen Glimmer, 47 Gewichtsprozent Siliconharz und 5% Polyacrylsäureester, elektrophoretisch beschichtet. Bei 42 V wurde innerhalb 20 Sekunden eine 0,2 mm dicke Schicht erzeugt. Die Probestäbe konnten beliebig verformt werden. Nach 24stündigem Trocknen bei Raumtemperatur wurden die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit bei der thermischen Alterung bestimmt. Man erhielt die aus der Tabelle ersichtlichen Werte. Alterung Biegefestigkeit Druckfestigkeit bis zur Riß- Temperatur in kp bildung in in 'C Zeit Winkelgrad bei 20 3 Tage 1 65 - bei 20 7 Tage 1 62 bei 70 1. Stunde 5 43 bei 100 1 Stunde 15 30 bei 120 1 Stunde 25 20 bei 140 1 Stunde 25 13 bei 200 1 Stunde 25 11 Beispiel 3 Dynamobleche wurden in eine Suspension aus 50 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenem Glimmer, 25 Gewichtsprozent wäßriger Methylsiliconharzemulsion und 25 Gewichtsprozent eines auf 400 - 10-s 52-1 cm-' entionisierten Polyvinylacetats beschichtet. Innerhalb von 6 Sekunden bei 60 V wurde eine Isolierschicht von 40 [, erhalten, die bereits nach Lufttrocknung aucp in den Zähnen der Bleche fest haftet und abriebfest ist. So lackierte Bleche zeigen bei der Verarbeitung keinerlei Beschädigungen. Werden die zu Blechpaketen geschichteten Bleche zur Erzielung bestimmter magnetischer Eigenschaften einer thermischen Nachbehandlung bei 800 - C ausgesetzt, so wird nur der organische Anteil der Isolierschicht zerstört, die isolierende Wirkung dagegen.bleibt erhalten.Measurements on test rods showed that with permanent aging at 180 ° after about 8 weeks, the entire polyacrylic acid ester fraction is thermally degraded and the flexural strength has decreased to 11 ' , while the other properties, such as, for. B. the dielectric strength remains unchanged. Example 2 Sample bars made of copper with the dimensions 2-10-250 mm were electrophoretically coated in a suspension containing 48 percent by weight of finely digested mica, 47 percent by weight of silicone resin and 5% of polyacrylic acid ester. At 42 V, a 0.2 mm thick layer was created within 20 seconds. The test bars could be deformed as desired. After drying for 24 hours at room temperature, the compressive strength and the flexural strength during thermal aging were determined. The values shown in the table were obtained. Aging flexural strength Compressive strength up to crack Temperature in kp formation in in 'C time angular degrees at 20 3 days 1 65 - for 20 7 days 1 62 at 70 1st hour 5 43 at 100 1 hour 15 30 at 120 1 hour 25 20 at 140 1 hour 25 13 at 200 1 hour 25 11 EXAMPLE 3 Dynamo sheets were coated in a suspension of 50 percent by weight of finely disrupted mica, 25 percent by weight of aqueous methyl silicone resin emulsion and 25 percent by weight of a polyvinyl acetate deionized to a size of 400-10.5 cm -1. Within 6 seconds at 60 V, an insulating layer of 40 [was obtained, which, even after air-drying, adheres firmly to the teeth of the metal sheets and is resistant to abrasion. Sheets painted in this way show no damage whatsoever during processing. If the laminated sheets are subjected to a thermal aftertreatment at 800 - C to achieve certain magnetic properties, only the organic part of the insulating layer is destroyed, but the insulating effect is retained.

Beispiel 4 Für das fortlaufende Isolieren bzw. Lackieren von Drähten wurde eine wäßrige Suspension, bestehend aus 40 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenem Glimmer, 25 Gewichtsprozent Methylsiliconharz, 30 Gewichtsprozent eines pulverisierten und dispergierten Gemisches einer bei Temperaturen von über 120'C reagierenden Epoxydgießharzmasse auf Bisphenol-A-Basis und 5% eines Vinylpropionats in ein rohrförmiges Elektrophoresegefäß geschüttet, durch dessen Bodenfläche der als Anode geschaltete Draht gezogen wurde und dessen Rohrwandlung als Kathode dient. Der Draht wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/sec durchgezogen, wobei sich auf seiner Oberfläche bei Anlegen einer Spannung von 42 V eine Lackschicht von 80 ;a Dicke bildet, die in einem Ofen bei 80-,C getrocknet wird. Die Drahtisolation ist so biegsam und abriebfest, daß der Draht gut aufgespult werden kann. Nach erfolgter Verarbeitung des Drahtes zur Herstellung von Spulen werden diese während 30 Minuten einer Temperatur von 200'C ausgesetzt, wobei das in die Schicht miteingebaute Epoxydharz und das Siliconharz unter Erhärten reagieren. Man erhält eine gut verbackene Spule. Solche Spulen sind dann sowohl sehr temperaturbeständig als auch wasserfest und können mit Vorteil in den verschiedensten elektrotechnischen Geräten eingesetzt werden.Example 4 For the continuous insulation or coating of wires, an aqueous suspension consisting of 40 percent by weight of finely digested mica, 25 percent by weight of methyl silicone resin, 30 percent by weight of a pulverized and dispersed mixture of a bisphenol-A-based epoxy casting resin which reacts at temperatures above 120 ° C. was used and 5% of a vinyl propionate poured into a tubular electrophoresis vessel, through the bottom surface of which the wire connected as the anode was drawn and the tube wall of which serves as the cathode. The wire was pulled through at a speed of 0.1 m / sec. When a voltage of 42 V was applied, a layer of lacquer 80; a thickness was formed on its surface and was dried in an oven at 80 ° C. The wire insulation is so flexible and abrasion-resistant that the wire can be wound up easily. After the wire has been processed to produce coils, the coils are exposed to a temperature of 200 ° C for 30 minutes, during which the epoxy resin built into the layer and the silicone resin react to harden. A well-baked coil is obtained. Such coils are then both very temperature-resistant and waterproof and can be used with advantage in a wide variety of electrical equipment.

Claims

Claims 1. A method of making molded electrical Components with a high-temperature-resistant insulation, in which on the conductor material by electrophoresis from an aqueous mica suspension, which is a water-dispersible Resin, e.g. B. a silicone resin emulsion contains, applied a coating that coated Material is deformed and post-treated, characterized in that the dispersion or emulsion of finely disrupted mica particles with a size of less than 1 l of silicone resin and at least one additional thermoplastic or thermosetting emulsifiable in water Contains resin, which is deposited on the same electrode as mica, with silicone resin is miscible and compatible and, if necessary, removed again after deformation can be.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the dispersion or emulsion 1 to 30 percent by weight of the resin additive component, based on the Solids content, are included.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the electrophoretically isolated conductor material after the deformation chemically post-treated.

4. The method according to claim l or 2, characterized in that one that electrophoretically insulated conductor material after deformation heated: _ S. -Process according to claim 1 or 2, characterized. that he a substance used as a resin additive component - which also serves as a hardener and is built into the silicone.